基本介紹
- 中文名：飛機顛簸
- 外文名：Turbulence
- 分類：輕度顛簸、中度顛簸、重度顛簸
- 影響：影響飛機操縱、破壞飛機結構等
產生條件,產生原因,主要分類,主要影響,對飛行駕駛的影響,對飛機機構的影響,處置方式,機組,乘務組,旅客,實例介紹,
產生條件
1.時間：夏季，季節交替時、中午和午後；
高原航線顛簸發生機率分布圖
高原航線顛簸發生機率分布圖2.地區：山區和地表粗糙區；
3.階段：低空、起飛、著落階段；高空也時有晴空顛簸；
產生原因
產生飛機顛簸的基本原因，是由於大氣中存在亂流。這些不穩定氣流的範圍有大有小，方向和速度也各不相同。當飛機進入與機體尺度相近的亂流渦旋時，飛機的各部位就會受到不同方向和速度的氣流影響，原有的空氣動力和力矩的平衡被破壞，從而產生不規則的運動。飛機由一個渦旋進入另一個渦旋，就會引起振動。當飛機的自然振動周期與亂流脈動周期相當時，飛機顛簸就會變得十分強烈。
亂流中存在的垂直陣性氣流和水平陣性氣流都可造成飛機顛簸，垂直氣流的作用比水平氣流要大。根據亂流的成因，可以分為：熱力亂流，動力亂流，清空亂流和航跡亂流。
1.熱力亂流主要是因地表增熱造成氣溫的水平分布不均勻而引起，常出現在對流層的低層，低緯度地區常見，多發生在夏季的中午和午後。
2.動力亂流是指地表附近空氣運動受到阻礙和風的空間分布有明顯切變造成的亂流，多見於高緯度大陸，在山地上空飛行時，動力亂流造成的顛簸比較常見。
3.晴空亂流又叫高空亂流，與高空中大氣的熱力和動力因素有關，當溫度場和風場急劇變化時，就會出現強烈的亂流。晴空亂流多出現在對流層上部和平流層，是造成高空飛行顛簸的重要因素。
動力學機制
研究飛機顛簸， 需要建立描述大氣湍流和飛行顛簸的數學模型。大氣中的對流主要是由於太陽加熱地面後由於浮力引起的。如果大氣層結遞減率小於乾絕熱遞減率，那么空氣團在平衡位置附近做上下振盪，這種振盪的上下傳播就形成內重力波。如果大氣層結遞減率超過了乾絕熱遞減率，那么空氣團沿著乾絕熱線上升就要比周圍空氣熱，因而繼續上升形成對流。大氣中，非對流狀態的對流層通常是穩定的大氣層結， 夜間邊界層也通常是穩定的大氣層結， 也常常出現湍流或間隙湍流狀態，其原因可能是重力波轉變為湍流的過程。通常的重力波可以視為穩定大氣層結下浮力引起的振盪的傳播。大氣層結和切變是重力波形成和不穩定的主要機制。非對流狀態的對流層和夜間邊界層都是穩定的大氣層結存在正恢復力的重力內波。速度切變在這裡具有雙重作用， 一方面速度切變有利於形成重力波； 另一方面隨著速度切變數值增加，則Richardson數減少， 導致重力波不穩定碎變為湍流狀態。
則得到大氣湍流和飛機顛簸的大氣運動方程組，再結合飛機載荷因素變數方程，則得到如右圖所示方程。該方程不僅可以反映不穩定大氣中對流引起的飛機顛簸的動力學機制，而且可以反映穩定大氣層結中的重力波轉變為湍流引起的飛機顛簸的動力學機制。
描述大氣湍流和飛機顛簸的模式方程組
描述大氣湍流和飛機顛簸的模式方程組註：該段主要說明大氣湍流引起飛機顛簸的動力學機制。
主要分類
飛機顛簸存在不同的分類標準。
顛簸強度的定量劃分
顛簸強度的定量劃分從顛簸強度可分類為輕度顛簸，中度顛簸，重度顛簸。輕度顛簸主要表現為在座位上的人員可能感覺到安全帶或者肩帶輕微受力，未固定的物體可能被稍微移動，行走幾乎沒有困難，不影響客艙服務。中度顛簸主要表現為在座位上的人員能感到安全帶或肩帶的受力，八成滿的飲料從杯中濺波出來，客艙服務受到影響，客艙內走動困難，未固定的物體被移動。重度顛簸主要表現為在座位上的人員感到安全帶或肩帶猛烈受力，未固定的物體前後左右擺動，拋起，無法進行客艙服務。
從處置方式分類可分為可預知性顛簸，突發性顛簸等。
主要影響
對飛行駕駛的影響
飛機在顛簸區中飛行時，由於氣流的不規則變化，會使飛機高度、速度以及姿態經常也會出現不規則的變化。顛簸強烈時，飛機忽上忽下的高度變化經常可達數十米甚至數百米，這樣會給飛機的操縱帶來很大的困難。由於飛機狀態的這種強烈的變化，飛行員必須花費更多的精力來及時保持飛機處於正常狀態，因而體力消耗大，易於疲勞。
平飛最小速度增大
在穩定氣流中飛行，飛機的平飛最小速度受臨界迎角限制。在擾動氣流中飛行，飛機若突然遇到上升氣流，由於相對氣流的方向改變，迎角就會突然增大，為了使增大後的迎角不大於臨界迎角，在擾動氣流中飛行時，使用的最大迎角應比臨界迎角小一些，平飛最小速度也就要相應增大一些。擾動氣流增強，所引起的迎角變化量增大，平飛允許使用的最大迎角就減小，平飛最小允許速度則增大。
平飛最大允許速度減小
平飛中，由於遇到不穩定的上升氣流，導致迎角增大，使外力和載荷因數增大。上升氣流速度大，它所引起的迎角變化量大，升力變化量也大，所以載荷因數變化量大；飛行速度大，在相同的上升氣流作用下，雖然迎角變化量小，但因相對氣流速度大，升力變化量也大，載荷因數變化量也大，因此顛簸飛行中的最大允許速度減小。
對飛機機構的影響
飛行中產生顛簸時，飛機的各部分都經受忽大忽小的載荷，顛簸越強，載荷變化就越大。如果長時間經受強烈載荷變化的作用，或受到超過其所承受的最大載荷，飛機的某些部件就可能變形甚至折斷，比如飛機機翼。
處置方式
機組
機組在飛行過程中，只要有可能就應該避開已知的或預報的嚴重顛簸區域，如果顛簸無法避免，則要將速度保持在本機型“機組使用手冊”所提供的目標速度範圍以內，這樣可提供最佳保護以防止陣風對結構限制的影響，同時保持大於VLS（最低可選速度）的充裕程度。
速度
嚴密監控飛機的速度變化，防止飛機超速，在飛行過程中可以先做一下包線範圍內短暫的增速，會發現短暫的增速比速度損失更可取，因為速度損失會降低抖振裕度並難以改出。嚴重顛簸會導致速度產生較大的變化，甚至導致飛機的速度超過最大操作速度而威脅飛機的結構，為了要避免這樣得超速，調整目標速度或馬赫數。如果已知或預計有嚴重顛簸，考慮使用顛簸速度。
一般有以下幾種不同的方法來防止飛機超速：當速度趨勢指針達到或稍微超過最大操作速度時，僅通過調低FCU 上的目標速度就可達到防止超速的目的；如果當速度趨勢指針大大超過最大操作速度時，除了在FCU 上選擇一個較低的目標速度外，還應根據情況採取脫開自動駕駛、使用減速板等措施防止觸發高速保護。
姿態
在嚴重顛簸情況下所需要的操縱技術，可能與飛行員的自然反應相反。為了保持機翼水平，允許迅速使用大幅度的副翼操縱，但在極度顛簸中，則只能用少量到中量的升降舵來操縱俯仰姿態，以免操縱過度或使飛機承受壓力。飛機本身的安定性會使顛簸引起載荷逐漸縮小。飛行員應該主要依賴飛機本身的安定性，不必過多地關心俯仰姿態的改變。應柔和地操縱升降舵，阻止飛機離開所要求的姿態；當飛機正在向要求的姿態恢復時，就使升降舵回到中立位置。
高度
因為顛簸層厚度一般不超過1000M，強顛簸層厚度只有幾百米，顛簸層水平尺度多數在100Km以下，所以，如果飛行中出現顛簸，可改變高度幾百米或暫時偏離航線幾十千米，一般可以脫離顛簸區。採取改變高度的脫離方法，往往能更迅速地脫離顛簸區。通常，在低空發生顛簸時，應向上脫離，在高空飛行時，可根據飛機的性能以及飛機與急流軸的相對位置，確定脫離方向。誤入積雨雲發生顛簸時，應儘快脫離雲體到雲外飛行。
襟翼
在嚴重顛簸中，採用最好空速和機翼形態，對防止失速和結構變形有很大的保護作用。在起飛時，強顛簸中起飛，機組必須在目標速度+20kt（最大限制到VFE－5）後再收襟翼/縫翼；在著陸時，使用全形態或形態3，不過形態3提供更多的能量和更小得阻力。襟翼收上時，飛機能經受較大強度的陣風。在穿越顛簸時，將襟翼收上，並選擇一個能保證結構安全的速度，這樣就可以離失速速度比較遠，比襟翼放下時的任何一個標定速度都要有利。因此在嚴重顛簸中，防止結構變形和失速的最好辦法就是在襟翼收上的情況下，採用推薦的空越顛簸速度。在低於15，000英尺高度和著陸重量適應於進近航線的情況下，當飛機處在光潔形態時，可以將速度減到250海里/小時。這裡即使遇到嚴重顛簸離開失速仍有足夠的裕量。在已知有顛簸的區域飛行時，應儘量延放襟翼。如果這一區域存在嚴重顛簸，最好的方法就是改航飛到另一機場著陸。
註：遇到飛機顛簸時軍機和客機的處理方法應是大同小異的，只不過，對於客機，則額外的有乘務組和旅客自身的應對措施。
乘務組
1.發生顛簸後，乘務員會及時廣播，提示在客艙中站著的旅客回到座位坐好系好安全帶，洗手間暫停使用。輕微顛簸時，會繼續進行服務，但不提供熱飲，避免燙傷旅客。中度顛簸時，乘務組會立即終止服務，將餐車，飲料車推回廚房。重度顛簸時，乘務員會應立即原地踩剎車，將熱飲壺放置在飲料車內，並就近坐好系好安全帶。
2.隨時關閉乘客打開的行李架，隨手關閉廚房內的櫃門和餐車門，隨時踩剎餐車。
3.提示長間站立在門區，廚房附近的乘客回到座位坐好，對正在排隊使用衛生間的乘客，為了確保全全，乘務員也會勸阻其回座位坐好，並提醒躺倒睡覺的旅客注意系好安全帶。
4.特別關注老人和兒童的安全，空中顛簸期間提示家長為兒童系好安全帶。
旅客
遇有顛簸，旅客應立即系好安全帶，聽從乘務員的安全指令，回座位坐好，停止使用衛生間即使出現心理不適，也不建議出現牴觸情緒。
突發強烈顛簸時，旅客可能離座位較遠，來不及回座位，那么旅客應該立即蹲下，抓住旁邊可固定的物體，如座椅護手，座椅腳柄等；旅客有可能正在使用衛生間，衛生間是沒有安全帶的，要立即抓住水盆邊緣，門把手等堅實物件，有很多機型的廁所馬桶旁配有輔助手柄；如旅客正在用餐、用水，特別是熱飲，可以立即將餐飲放置地板上。
旅客也應養成良好的乘機習慣，多了解乘機的安全知識。座椅口袋裡有安全須知卡，起飛前客艙會播放安全錄像，應認真觀看。顛簸時千萬不要開啟行李架，以免行李砸傷旅客。不要睡在地板上，躺在空座位上睡覺時務必系好安全帶，一旦顛簸，應立即起身坐好。成人旅客做好對兒童、嬰兒旅客的監控，不能因其不願意或哭鬧就不為其系好安全帶。孕婦旅客可以將安全帶繫於大腿根部，並在中間墊一個柔軟的東西，如小枕頭。身體不方便的旅客，可以請求乘務員或其他旅客的幫助。
另外，旅客主要應克服恐懼心理，嚴重顛簸時，飛機會左右搖擺，機體會劇烈晃動，甚至於快速的掉高度，旅客會有失重感，會噁心、頭暈和嘔吐，很多人會感到很害怕。這時旅客一定不能慌張，要保持平穩心態，通過咀嚼，捏住鼻子深呼吸會減輕耳壓，儘量將頭靠固在座椅背上不動，可以減緩眩暈。飛機座位口袋裡配有嘔吐袋，是經防水處理的，供旅客嘔吐使用。
實例介紹
◆2008年7月4日，上航上海至北京FM9105航班因北京雷雨天氣備降天津濱海機場。在備降過程中，下降至3300米左右時，突然遭遇強顛簸，造成8名乘務員和14名乘客受傷。
◆2011年8月18日，川航3U8637航班從重慶飛往九寨溝途中，突遇強氣流致飛機發生顛簸，兩名旅客與兩名正在工作中的乘務員受到輕微擦傷，飛機返航降落至重慶機場。
◆2011年9月，一架港龍航空客機從香港起飛前往泰國普吉島時，途中遇上氣流。當時機組發出系好安全帶指示。飛機受氣流衝擊如坐過山車般急升急墜， 3名空姐由於照顧旅客，撞傷手腳和背部。
◆2012年1月，澳大利亞航空公司一架空客A380飛機在執行從倫敦途經新加坡飛往悉尼航班任務的途中發生劇烈顛簸，導致7名乘客受傷。
◆2012年5月，南航一架由廣州飛往上海的波音777客機，在起飛約半小時後遭遇“晴空顛簸”，導致11人受傷。
